众所周知,由于人类过渡的开采和使用,陆地资源正逐渐枯竭,所以越来越多的人把目光聚焦到了海洋。并且随着极地冰区的冰层日渐消融,不断减少的冰覆盖面积,为北极地区航道的通航以及能源的开发利用提供了可能。除了北极地区权利争端的影响,我国的渤海以及东海部分海域的海面冬季可能会结冰,因此对于冰区船舶的研究显得至关重要。而冰区船舶工作条件的复杂多样性,使其对推进器有了更加苛刻的要求。尤其是在碎冰区航行时,有的碎冰会沿船底表面运动至桨前流场中,与螺旋桨发生相互干扰,影响其水动力性能,甚至产生严重的空泡与噪声。为了避免螺旋桨受到破坏,开展冰的运动轨迹和冰桨干扰相关研究,对于船舶的安全性与可靠性有着重要的意义。本文考虑到实际情况的多工况性,以粘性流体力学为基础,结合重叠网格方法,对不同工况下的冰级螺旋桨水动力性能及周围流场特征进行了模拟预报;首先在与实验对比的基础上验证了方法可行性,随后探讨了冰运动到桨前不同的轴向和径向位置时,对桨的推力、转矩及效率的影响规律;同时还对不同位置处的冰对桨后流场的影响进行了初步分析。为了更加真实地模拟冰的运动,本文选用DFBI运动模型,计算了无约束状态下冰桨的相互干扰情况,分析了水下冰在螺旋桨抽吸作用下的运动状态及受力大小。计算时,通过控制桨的转速和冰的相对位置来达到多工况下的求解,并根据计算结果,总结出了冰位于不同的空间位置时,与螺旋桨发生碰撞的概率,为螺旋桨的设计提供了参考。最后,又运用离散元模型结合欧拉多相流,对船舶在碎冰区域航行时船体与碎冰之间的相互作用关系进行了探索。计算了不同航速、不同碎冰密集度下船体的受力情况,并对冰船碰撞时冰的运动响应进行了简单的讨论,从直观上解释了碎冰阻力的变化原因,以及桨前来冰的运动情况,为冰区的船型优化,以及螺旋桨的设计给出了建议。